AKTIVNÍ BEZPEČNOST MOTOROVÝCH VOZIDEL

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING AKTIVNÍ BEZPEČNOST MOTOROVÝCH VOZIDEL MOTOR VEHICLE ACTIVE SAFETY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR JAN KŘEPELKA Ing. PETR HEJTMÁNEK BRNO 2011

2

3

4 ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA ABSTRAKT Předmětem této práce je zpracovat přehled současných prvků v oblasti aktivní bezpečnosti automobilů, jednotlivých vývojů a dosažených výsledků v této oblasti. Jsou zde stručně popsány konstrukční řešení prvků aktivní bezpečnosti a dále také inovativní způsoby řešení těchto systémů a jejich konečného uplatnění v praxi. KLÍČOVÁ SLOVA bezpečnost, stabilizace, řízení, mikroklima, geometrie prostoru ABSTRACT The subject of this work is to prepare an overview of current elements in the field of active safety vehicle, individual developments and achievements in this field. They briefly described the design solution of active safety and also innovative ways of solving these systems and their final application in practice. KEYWORDS safety, stabilization, steering, microclimate, geometry of space BRNO 20XX

5 BIBLIOGRAFICKÁ CITACE BIBLIOGRAFICKÁ CITACE KŘEPELKA, J. Aktivní bezpečnost motorových vozidel. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, s. Vedoucí diplomové práce ing. Petr Hejtmánek. BRNO 20XX

6 ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením ing. Petra Hejtmánka a s použitím literatury uvedené v seznamu. V Brně dne 18. května Jan Křepelka BRNO 20XX

7 PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ Chtěl bych poděkovat svému vedoucímu práce ing. Petru Hejtmánkovi za poskytnutí informací a konzultací. BRNO 20XX

8 OBSAH OBSAH Úvod Bezpečnost silničního provozu Základní rozdělení pasivní bezpečnosti Základní rozdělení aktivní bezpečnosti Řízení vozidla Posilovače řízení Hydraulické servořízení (HPS) Elektrohydraulické servořízení (EPHS) Elektrické servořízení (EPS) Aktivní řízení Řízení všech kol 4WS Protiblokovací a protiprokluzové systémy, stabilizace ESP Protiblokovací systém ABS Elektronická uzávěrka diferenciálu EDS Protiprokluzový systém ASR Elektronické rozdělování brzdné síly EBD Elektronický stabilizační program ESP Dynamická kontrola stability vozidla DSC Řízení stability vozidla VSC Systém DSR Větrání, vytápění, klimatizace Větrání vozidla Vytápění vozidla Závislí vytápěcí systém vozidla Nezávislí vytápěcí systém vozidla Klimatizace Umístění osob v karoserii Geometrie vnitřního prostoru Uspořádání ovládacích a kontrolních prvků, ergosféra Sedadla a hlavové opěrky Výhled z vozidla Fyziologie vidění Zjišťování výhledu z místa řidiče Prostředky k zajištění stálého výhledu BRNO

9 OBSAH 9 Osvětlovací systémy Zdroje světla Konvenční světlomety Adaptivní světlomety Inovativní zdroje osvětlení vozidla Systémy pro noční vidění Inovativní systémy současnosti Závěr BRNO

10 ÚVOD ÚVOD Bezpečnost automobilů prošla od roku 1930, kdy se začali ve velkém sériově vyrábět automobily, dlouhým vývojem. Tehdy se nekladly velké nároky na bezpečnost, ale spíše se vynakládalo velké úsilí na vývoj motorů, karoserie a základních systémů. V dnešní době je vše jinak a na bezpečnost jsou naopak kladeny podstatně větší nároky než před lety. Je to podmíněno i tím, že vzniká více dopravních nehod a v provozu je výrazně více aut. Velký rozvoj bezpečnosti přišel společně s vývojem elektroniky, která prošla, za posledních 40 let, velkými změnami (software i hardware). V oblasti aktivní bezpečnosti prodělalo nejvíce změn řízení vozidla, stabilizace vozidla, tvary a pohodlí interiéru vozidla. Všechny tyto prvky podléhají přísným normám a předpisům Ministerstva dopravy. Dnešní vývoj aktivní a pasivní bezpečnosti se stává také důležitou a nedílnou součástí marketingových kampaní výrobců vozidel. BRNO

11 BEZPEČNOST SILNICNIHO PROVOZU 1 BEZPEČNOST SILNIČNÍHO PROVOZU Bezpečnost silničního provozu se dělí do 4 kategorií: člověk, vozidlo, silnice, lékařské ošetření. Zaměříme se na bezpečnost silničního provozu pro vozidla. Tuto kategorii dělíme na provozní a mimoprovozní bezpečnost. Mezi provozní bezpečnost patří prvky aktivní a pasivní bezpečnosti. [1] Mezi pasivní bezpečnost patří všechna konstrukční opatření vozidla, která mají za úkol chránit jak cestující ve vozidle tak i chodce, dojde-li k dopravní nehodě vozidla. Slouží k tomu, aby co nejvíce minimalizovaly riziko zranění. Dělí se na dvě hlavní podskupiny (při nárazu, po nárazu). Patří zde především airbagy, opěrky hlavy, bezpečnostní pásy, vnitřní vybavení interiéru, zaoblení vnějších hran apod. [1] Mezi aktivní bezpečnost patří všechna opatření, která snižují možnost vzniku nebezpečných situací a dopravní nehody. Řadíme zde jízdní, kondiční, pozorovací a ovládací bezpečnost. Tyto prvky pak dále rozdělujeme na další podskupiny, které budou rozebrány v dalších kapitolách. [1] Obr. 1 Bezpečnost silničního provozu [1] BRNO

12 ZÁKLADNI ROZDELENI PASIVNI BEZPECNOSTI 2 ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ PASIVNÍ BEZPEČNOSTI Pasivní bezpečnost dělíme do dvou základních kategorií, vnější a vnitřní bezpečnost. Vnější bezpečnost se zabývá především provedením obrysu vozidla tak, aby zranění ostatních účastníků nehody bylo co nejmenší. Patří zde například různé zaoblení vnějších hran, nárazníky, absorbéry nárazové energie apod. Mezi vnitřní bezpečnost řadíme opatření, které zabrání nebo zmenší zranění posádky. [1] Obr. 2 Základní přehled prvků pasivní bezpečnosti [1] BRNO

13 ZAKLADNÍ ROZDELENI AKTIVNI BEZPECNOSTI 3 ZÁKLADNÍ ROZDĚLENÍ AKTIVNÍ BEZPEČNOSTI Aktivní bezpečnost, kterou se tato práce budu zabývat, dělíme do 4 hlavních podskupin (jízdní, kondiční, pozorovací a ovládací bezpečnost). Jízdní bezpečnost se zabývá vlastnostmi, které zmenšují jízdní nedostatky osobního automobilu. Kondiční bezpečnost je opatření zajišťující jízdní pohodlí automobilu. Výhledem z vozidla (dopředu i dozadu), osvětlením vozovky a pasivní viditelností se zabývá pozorovací bezpečnost. Nesmíme také zapomenout na ovládací bezpečnost, která se zabývá spolehlivostí a jistotou obsluhy. [1] Obr. 3 Základní přehled prvků aktivní bezpečnosti [1] BRNO

14 ŘIZENI VOZIDLA 4 ŘÍZENÍ VOZIDLA Pro větší komfort a aktivní bezpečnost vozidla používáme posilovače řízení, systém řízení všech kol (4WS), elektronické řízení předních kol a automatické řízení vozidla při parkování. Tyto systémy nám umožňují lépe ovládat vozidlo například při jízdě v dešti apod. V dnešní době, je alespoň jedním tímto systémem, vybavena většina nových vozidel. [2] 4.1 POSILOVAČE ŘÍZENÍ Posilovač řízení je pomocné zařízení, které má za úkol podpořit lidskou sílu při ovládání vozidla. Síla, kterou je nutné vyvinout při řízení vozidla, je od svalů řidiče a od posilovače řízení přiváděna současně. V dnešní době se používají hydraulické, elektrohydraulické a elektrické posilovače řízení. [2] HYDRAULICKÉ SERVOŘÍZENÍ (HPS) Hydraulické posilovače řízení dělíme na posilovače s hřebenovým řízením a servořízení Servotronic. [2] Hydraulický posilovač s hřebenovým řízením pracuje na principu přepouštění tlakového oleje na levou nebo pravou stranu pístu, který je spojen s ozubenou tyčí řízení (hřebenem). Tlakový olej posunuje píst, a tedy i ozubenou tyč, na příslušnou stranu tlakem úměrným množství oleje, který propustí drážkami otvory otevírané natáčením hřídele volantu. Dávkování a rozdělování oleje je velmi přesné. Z rozdělovače a dávkovače tlakového oleje, uloženého v oblasti pastorku, je olej veden vysokotlakým potrubím do pracovního válce, který se nachází v horizontální části vedení. Ve válci se nachází pístnice, která na levé straně přechází v ozubenou tyč. Na vyčnívajících koncích tyče jsou vodorovné kulové klouby s postranními tyčemi řízení. Dále patří do této soustavy také samostatné olejové čerpadlo (křídlové) a vyrovnávací nádobka na olej. Spojení mezi čerpadlem a řídicím systémem nám zajišťují dvě vysokotlaké potrubí. Spojení vyrovnávací nádobky a čerpadla nám zajišťují nízkotlaká potrubí. Čerpadlo je poháněno řemenem od řemenice klikové hřídele. Řízení s tímto posilovačem funguje i při vypnutém motoru, ovšem je samozřejmě potřeba značně vyšší síla pro otočení volantu (posilovač je mimo provoz). [2] Obr. 4 Princip hřebenového řízení s hydraulickým posilovačem [5] BRNO

15 ŘIZENI VOZIDLA U servořízení Servotronic klesá posilovací účinek s rychlostí jízdy. Od tachometru přichází signál o velikosti rychlosti k elektronické řídící jednotce. Jestliže je rychlost nízká, tak zůstává měnič i zpětný ventil zavřený a odtok tlakového oleje je uzavřen. Nevzniká tedy žádné proudění oleje, na tlakových ventilech není žádný tlakový spád, a zpětné prostory vykazují stejný tlak. Řízení má lehký chod a lze ho obsluhovat nepatrnou silou. Jestliže se rychlost začne zvyšovat, začne růst i počet impulzů z tachometru do elektronické řídící jednotky, která vše vyhodnotí a průběžně vyhodnocuje velikost hydraulického zpětného působení. Dále tlakový olej protéká z prostoru zpětného působení přes škrtící ventil a měnič do zásobníku. Při velkých rychlostech (např. na dálnici) je ventil měniče zcela otevřen a tlak ve zpětném prostoru je dále redukován. Potřebná řídící síla na volantu tím dále vzrůstá, až dosáhne pevně stanovené horní hranice. Tuto hranici určuje omezovací ventil zpětného působení tím, že zabrání dalšímu poklesu tlaku v prostoru zpětného působení. Dojde-li k diferenci mezi prostory zpětného působení, posune se píst v omezovacím ventilu proti síle pružiny a dochází tak k tlumení odtoku oleje do zásobníku. Hydraulické zpětné působení již dále nestoupá. [2] Obr. 5 Hydraulický posilovač se servořízením Servotronic [6] ELEKTROHYDRAULICKÉ SERVOŘÍZENÍ (EPHS) Jedinou změnou oproti hydraulickému servořízení je, že čerpadlo pro posilovač není poháněno spalovacím motorem, ale vlastním elektromotorem. Velikost sil, které nám působí posilovač, lze měnit pomocí naprogramované charakteristiky v závislosti na rychlosti jízdy (velké posílení při parkovaní, malé posílení při velké rychlosti). Síla, která podporuje řízení je také dána rychlostí otáčení volantu. Základní části jsou uvedeny na obr. 6. Čerpadlová jednotka je spojena tlakovým vedením s převodkou servořízení. Zpětné vedení hydraulického oleje vede do zásobní nádobky. Čerpadlová jednotka obsahuje také řídící jednotku servořízení EPHS. Do řídící jednotky nám přicházejí vstupní signály (otáčky motoru, rychlost jízdy, rychlost otáčení volantem), které řídící jednotka náležitě vyhodnotí. Řídící jednotka má za úkol převod signálu k pohonu čerpadla (zubového) v závislosti na rychlosti otáčení volantem a rychlosti jízdy a také má chránit před opětovným zapnutím při poruše. Informace o rychlosti otáčení volantu zachycuje snímač servořízení EPHS a předává tyto informace přímo řídící jednotce servořízení. Elektrohydraulický posilovač řízení EPHS BRNO

16 ŘIZENI VOZIDLA zrychluje reakční dobu řízení a zaručuje velmi dobré ovládání vozu za všech podmínek. Účinek posilovače je optimalizovaný v závislosti na rychlosti jízdy a povrchu vozovky. [2] Obr. 6 Elektrohydraulické servořízení EPHS [2] ELEKTRICKÉ SERVOŘÍZENÍ (EPS) Existují 4 základní typy elektrických servořízení: C-EPS (Column assist type Electric Power Steering), P-EPS (Pinion assist type Electric Power Steering), R-EPS (Rack assist type Electric Power Steering) a EPAS (Electric Powered Assisted Steering). [2] C-EPS je elektrický posilovač řízení s elektronickou řídící jednotkou. Kompaktní zařízení se nachází ve sloupku řízení. Elektromotor působí přes dvoustupňovou redukční převodku na hřídel volantu. P-EPS má kompaktní zařízení zabudované do převodky a řízení je poháněno přes redukční převodovku pastorkem elektromotoru. R-EPS má kompaktní zařízení zabudované také do převodky, ale řízení je poháněno pomocí elektromotoru přes redukční převodovku ozubenou tyčí (hřeben). Tyto 3 zařízení se skládají z elektromotoru (stejnosměrný sériový motor), redukční převodovky, snímače a elektronické řídící jednotky. Pomocí snímačů na bázi vířivých proudů měříme úhel natočení mezi volantem a elektrickým servořízením. Dále měříme moment na volantu a moment v řízení. Díky těmto snímačům se zkrátí konstrukční délka a dochází k bezdotykovému přenosu signálu. V řídící jednotce (řídící části) jsou převáděny snímané informace a řidičovo ovládání na algoritmy řízení. Elektromotor je řízen akční částí řídící jednotky. Softwarem řídící jednotky je definováno např. stupeň posílení řízení (statické vlastnosti) nebo tlumení řízení v závislosti na jízdní situaci (dynamické chování). Dále software zahrnuje diagnostiku, zkoušky bezpečnosti a komunikační rozhraní mezi řídícími přístroji. Elektronické servořízení nám umožňuje přesnější řízení a bezpečnější jízdu, protože je schopen se neustále přizpůsobovat jízdním podmínkám. Míra posílení se mění v závislosti na rychlosti a pohodlí při řízení. Aby nedošlo k samovolným pohybům volantu, je posilován i návrat volantu do střední polohy. Nesmíme taky zapomenout na systém DSR (Driver Steering Recommendation), který zvyšuje BRNO

17 ŘIZENI VOZIDLA stabilizační účinek systému ESP. Jakmile hrozí ztráta stability, tak se systém DSR se aktivně zapojí do řízení a pomocí malého impulsu do elektromechanického posilovače řízení naznačí řidiči, kam by měl v danou chvíli točit volantem. [2] Obr. 7 Elektrické servořízení EPS [7] Dalším typem máme servořízení je EPAS (Electric Powered Assisted Steering), které se skládá z řídící jednotky (ECU), opticko-elektrického snímače točivého momentu, elektromotoru a vložené převodovky se spojkou. Tyto části jsou uloženy v kompaktní jednotce, která se nachází ve sloupku řízení. Řídící jednotka může být spojena přes datovou sběrnici nebo přímo s jinými elektronickými systémy. Optoelektronický snímač přesně snímá sílu, kterou vyvíjí řidič na volant a předává informaci o síle do řídící jednotky. Řídící jednotka tuto informaci zpracuje, vypočítá potřebnou sílu v řídícím ústrojí a vhodně nastavuje výkon elektromotoru. Tento systém zaručuje, že vozidlo je řiditelné i při případné poruše. Podle rychlosti jízdy řídí software poměr manuálního momentu na volantu a elektrické posilovací síly. [2] Zařízení Servolectric je další variantou elektrického posilovače. Existuje ve variantách sloupku řízení, pastorku, dvojitého pastorku a paralelních os. U této varianty servořízení je nezanedbatelná úspora energie, potřebuje energii pouze tehdy, když skutečně řídíme a spotřebovává proto až o 85% méně energie než hydraulické servořízení (úspora paliva je 0,2-0,3 litru na 100 km). Zařízení Servoletric je také ideálním místem pro zavedení nových asistenčních systémů v kombinaci s novým systémem snímání okolí vozidla. V dnešní době se propojením elektrických sítí a elektronických systému dosáhlo toho, že automobily jsou vybaveny automatickým nebo poloautomatickým parkovacím systémem. Systém změří rozměry parkovacího místa, při dostatečné velikosti zapnutím parkovacího systému (např. zařazením zpátečky) a pomocí parkovacího asistenta přidává plyn nebo brzdí a může kdykoli do řízení zasáhnout. [2] BRNO

18 ŘIZENI VOZIDLA Obr. 8 Zařízení servolectric [8] 4.2 AKTIVNÍ ŘÍZENÍ V dnešní době směřuje vývoj automobilové techniky k elektronicky řízeným systémům bez mechanické vazby. Zvláštností tohoto mechanismu je nadřazená převodovka. Do sloupku řízení byla proto přidána planetová převodovka, která obsahuje dvě vstupní hřídele a jednu výstupní. Jedna ze vstupních hřídelí je spojena s volantem a druhá je poháněna elektromotorem přes šnekovou převodovku. Software dále zpracovává potřebné signály z čidel, řídí elektromotor a hlídá celý systém aktivního řízení. Pomocí elektromotoru a nadřazené převodovky lze zasahovat do mechanismu řízení na přední nápravě nezávisle na řidiči. Dle dopravní situace je činný úhel řízení na předních kolech větší nebo menší, než jej řidič nastaví volantem. Je-li elektromotor v klidu, působí volant přímo na kola. [2] Aktivní řízení automaticky reguluje převod řízení v závislosti na rychlosti automobilu. Při vyšších rychlostech je převod větší a tím je i vyšší směrová stabilita. Dojde-li tedy, při vysokých rychlostech, k nechtěnému příliš silnému pohybu volantem, neztratí řidič kontrolu nad vozem. Naopak při nižších rychlostech je převod menší a díky tomu je parkování a zatáčení v městském provozu snadnější. Při pomalejší jízdě ve městě dochází při použití servomotoru, při stejné vynaložené síle, k menšímu počtu otočení volantu. Další výhoda tohoto řízení je předstih řízení (Steering Lead), který umožňuje rychlejší reakci systému na řídící příkaz (rychlejší reakce vozidla). U všech těchto funkcí musíme mít na zřeteli psychologii řidiče. [2] U aktivního řízení vozů BMW obsahuje řízení malou planetovou převodovku se dvěma vstupními a jedním výstupním hřídelem. Jeden vstupní hřídel je spojen s volantem a druhý je poháněn elektromotorem přes samosvorné šroubové soukolí. Obousměrný elektromotor podle rychlosti vozu zvětšuje nebo zmenšuje míru natočení řízených kol, protože úhel natočení výstupního hřídele se rovná součtu úhlu natočení obou vstupních hřídelů. Za planetovou převodovkou, která je součástí posilovače, následuje klasická hřebenová převodka řízení. Řídící jednotka, která je součástí tohoto systému, je schopná měnit díky informacím z mnoha BRNO

19 ŘIZENI VOZIDLA čidel nejvhodnější nastavení až stokrát za sekundu. Toto řízení je ideálním doplňkem stabilizačního systému DSC (Dynamic Stability Control). V nenadálých situacích, např. při bočním větru, na kluzkém povrchu, náhlé změně směru nebo při brždění na povrchu s rozdílnou přilnavostí dokáže aktivní řízení natočit kola mnohem rychleji než sebelepší řidič a vůz se tak stabilizuje dříve, než by zasáhl právě systém DSC. Při parkování stačí mezi rejdy dvě místo tří otáček volantu a při průjezdu velkými zatáčkami není potřebný přesun rukou na volantu. Při velké rychlosti, např. na dálnici, roste ovládací síla na volantu a tím se snižuje nebezpečí nechtěné změny směru vozu a řidič tak pociťuje velké zvýšení jízdní stability. [2] Obr. 9 Součásti aktivního řízení (BMW) [9] Obr. 10 Závislost převodového poměru i v a rychlosti jízdy v x [9] BRNO

20 ŘIZENI VOZIDLA Další typ aktivního řízení je superpoziční aktivní řízení přední nápravy, které se vyznačuje tím, že k úhlu natočení volantu je v případě potřeby superponován další úhel pomocí aktuátoru. Tento přídavný úhel je nastavován regulátorem a slouží ke zvýšení agility a stability vozidla. Mezi tyto systémy patří například superpozice mezi otáčivým pohybem řídící tyče, ozubeného hřebene nebo skříně převodky řízení. Aktuátorem vytvořený pohyb např. převodky řízení se přičítá k relativnímu pohybu ozubené tyče. [2] 4.3 ŘÍZENÍ VŠECH KOL 4WS Řízení všech kol 4WS se zatím nepoužívá u mnoha osobních automobilů (dnes např. Ranault Laguna GT). Podle směru natáčení kol rozeznáváme dva druhy řízení 4WS (souhlasné a nesouhlasné). U souhlasného se zadní kola natáčí ve stejném smyslu jako přední kola (změna jízdního pruhu, předjíždění nebo při zatáčení ve velkých rychlostech) a naopak u nesouhlasného se natáčí v opačném smyslu než přední kola (parkování a při nižších rychlostech). U současných automobilů se snažíme skombinovat oba tyto druhy natáčení kol v závislosti na rychlosti automobilu. Aktivní systémy 4WS jsou technicky náročné, protože zadní kola musí být otočně uložena, aby se mohla natáčet. Pro jejich natočení musí být zajištěny řídící síly (například samostatnou převodkou řízení). Hydraulický systém má dva hydraulické válce, které při rychlostech vyšších jak 60 km/h působí na uložení kyvadlové úhlové nápravy a natáčí zadní kola v souhlasném smyslu. Povel k vychýlení zadních kol dává senzor příčného zrychlení, bez ohledu na natáčení volantu. Při rychlostech nižších jak 60 km/h další hydraulický válec natáčí zadní kola v nesouhlasném smyslu. U elektrohydraulického systému je, oproti hydraulickému systému, navíc hřebenové řízení ovládané krokovým motorem a hydraulické válce jsou ovládány mikropočítačem. [2] Zadní kola mohou být také natáčena elektricky. Rozdíl oproti hydraulickému ovládání je elektromechanické ovládání (akční členy působící na kola). Elektrické řízení zadních kol má stejnou vyhodnocovací jednotku pro zpracování signálu a akční okruh, menší spotřebu energie a žádné hydraulické vedení k zadní nápravě. [2] Obr. 11 Systém řízení všech kol 4WS (Ranault Laguna GT) [10] BRNO

21 PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY, STABILIZACE ESP 5 PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY, STABILIZACE ESP Tyto systémy nám zaručují bezpečné chování vozu v kritických situacích (např. při průjezdu zatáčkou, prudké brždění). Vyhodnocují během jízdy několik ukazatelů jako je rychlost, natočení volantu nebo při nebezpečí smyku přibržďují jednotlivá kola a automobil je tak schopen se vrátit zpět do původního směru. [3] 5.1 PROTIBLOKOVACÍ SYSTÉM ABS U konvenčních brzdových soustav určuje řidič velikost brzdného tlaku silou, kterou tlačící na brzdný pedál a tím také velikost brzdných momentů na jednotlivých kolech vozidla. V kritických situacích (např. prudké brždění) začne řidič obvykle prudce brzdit, což může vést k zablokování kol (zejména na kluzké vozovce) a tím může dojít ke ztrátě směrové stability a řiditelnosti. Tomuto zabraňuje protiblokovací systém ABS. Tento protiblokovací systém lze využít jak pro kapalinové, tak i pro vzduchové brzdy. Obsahuje čidla pro snímání okamžité rychlosti otáčení kola (upevněné na kole nebo na pastorku stálého převodu hnací soupravy), elektronickou řídící jednotku (vyhodnocovací člen) a akční člen (regulační ventil), který mění tlak v brzdovém válci a tím i brzdný moment kola, v závislosti na signálech z řídící jednotky. [2] Snímače měří během jízdy na obou předních kolech a pastorku stálého převodu zadní nápravy (třísnímačový systém) nebo na všech kolech (čtyřsnímačový systém) otáčky kol. Rozezná-li řídící jednotka z přijímaných signálů ze snímačů, že hrozí nebezpečí zablokování kol, aktivuje v hydraulické jednotce ventily (elektromagnetické) příslušného kola. Každé z předních kol je ovlivňováno jemu příslušným ventilem, aby mohlo přenášet maximální brzdný účinek nezávisle na ostatních kolech. Na zadní nápravě určuje společný tlak v obou brzdách kolo, které má nižší součinitel adheze (dvouokruhová brzdová soustava). Při diagonálním uspořádání brzdových okruhů jsou potřebné na zadní nápravě dva ventily. Ventily na jednotlivých kolech spíná řídící jednotka do tří různých poloh (zvýšení, udržení a snížení tlaku v brzdě kola). [2] Snímač otáček kola je umístěn nejčastěji na těhlici kola a impulzní kotouč na náboji se otáčí s kolem vozidla (umístěn axiálně nebo radiálně). Poslední dobou se používají spíše aktivní snímače otáček kol, které mají schopnost snímat otáčky kola od klidového stavu (význam při rozjezdu vozidla). [2] Obr. 12 Protiblokovací systém ABS [11] BRNO

22 PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY, STABILIZACE ESP 5.2 ELEKTRONICKÁ UZÁVĚRKA DIFERENCIÁLU EDS Elektronickou uzávěrku diferenciálu EDS (Electronic Differential System) je možné použít pouze ve spojení s protiblokovacím systémem ABS. Dojde-li k prokluzu hnacích kol automobilu, systém EDS rozdělí hnací moment motoru nerovnoměrně na poháněná kola pomocí řízeného brzdění těchto kol. Systém EDS využívá již existující součásti systému ABS. Při prokluzování kola během rozjezdu je aktivována brzda na kole bez zásahu do řízení motoru. Systém EDS působí prakticky opačně, než systém ABS. Zatímco ABS citlivě povoluje blokované kolo (až 12x za sekundu), systém EDS naopak přibržďuje prokluzující poháněné kolo a přenáší tím větší část hnací síly na kolo s lepší přilnavostí. Tímto se zlepšuje jízda automobilu na vozovce s nestejnými adhezními vlastnostmi pod pravým nebo levým hnacím kolem (snížení opotřebení pneumatik). U vozů s jednou poháněnou nápravou se systém EDS vypíná při rychlostech 40 km/h, u vozů s pohonem všech kol při rychlostech kolem 80 km/h. Aby se zabránilo přehřívání dané brzdy při neobvykle silném namáhání uzávěrky, systém EDS se předem automaticky vypne. [2] Obr. 13 Účinek EDS při různých dopravních situacích [12] 5.3 PROTIPROKLUZOVÝ SYSTÉM ASR Je to systém regulace prokluzu (Anti Skid Regulation) a rozšiřuje systém ABS. Má především za úkol stabilitu a řiditelnost při akceleraci automobilu. Napomáhá při prokluzu poháněných kol při jízdě do kopce nebo na vozovce s náledím. Prokluzující kola mají za následek vysoké opotřebení pneumatik a hnacího ústrojí (např. homokinetické klouby). ASR samočinně zasahuje, požaduje-li to situace. Pokud řidič prudce akceleruje, uzávěrka diferenciálu nezabrání prokluzu kol. ASR ovšem samočinně řídí výkon motoru, aby poháněná kola neprokluzovala. Při akceleraci automobilu se zvyšuje točivý moment motoru a tím se zvyšuje hnací moment na kolech. Překročí-li tento hnací moment fyzikálně maximální přípustný (daný součinitelem adheze a zatížením kola) dojde k prokluzu. Tím dochází ke ztrátě hnací síly a vozidlo se stává nestabilní. U zážehových motorů probíhá řízení hnacího momentu pomocí nastavení škrticí klapky, změny okamžiku zážehu a potlačením jednotlivých BRNO

23 PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY, STABILIZACE ESP vstřikovacích impulsů. U vznětových motorů je ovlivněn pomocí omezení vstřikovaného množství nafty. [2] U elektronického řízení výkonu motoru EMS je na pedálu akcelerace snímač polohy (potenciometr), který dává elektronický napěťový signál řídící jednotce s ohledem na signály z jiných snímačů (např. teplota, otáčky atd.). Řídící jednotka tyto signály vyhodnotí a dá signál elektromotoru, který ovládá nastavovač škrticí klapky nebo regulační tyč vstřikovacího čerpadla. Poloha klapky a regulační tyče je zpětně hlášena řídící jednotce. [2] Systém ASR může být doplněn o regulaci brzdného momentu motoru MSR. Vlivem zařazení nižšího rychlostního stupně nebo při prudkém uvolnění pedálu akcelerátoru na kluzké vozovce může dojít vlivem brzdného účinku motoru k vysokému brzdnému skluzu (blokování kol). Jestliže nastane tato situace, systém MSR nepatrně zvýší točivý moment motoru tak, aby se brždění kol snížilo na hodnotu zaručující jízdní stabilitu. [2] 5.4 ELEKTRONICKÉ ROZDĚLOVÁNÍ BRZDNÉ SÍLY EBD Systém ABS s elektronickým rozdělováním brzdné sily EBD (Electronic Brake-Force Distribution) zahrnuje změny zatížení náprav při brždění a reguluje brzdný tlak na nápravách. Systém EBD je doplňujícím softwarem k původnímu programu ABS a umožňuje citlivější regulaci brzdného tlaku u zadních kol. Tento systém může působit nejen při prudkém brždění, ale i při normálním plynulém brždění, v závislosti na zatížení automobilu a adhezi (přilnavosti) vozovky. Regulace systému EBD není určována brzdným tlakem, ale skluzem pneumatik. V závislosti na skluzu pneumatik umožňuje systém EBD snížení brzdného tlaku na brzdách zadních kol. Tímto dochází ke zvýšení stability v porovnání s obvyklými systémy. Pomocí upraveného softwaru je zamezeno přebrzdění (blokování) zadních kol. Motor čerpadla u brzd během brždění neběží. Začne-li se i přesto některé kolo blokovat, začne působit systém ABS. Systém EBD má společné ovládání obou zadních brzdových okruhů. [2] 5.5 ELEKTRONICKÝ STABILIZAČNÍ PROGRAM ESP Systém ESP (Electonic Stability Program) pomáhá zvládnout situace, kdy je vozidlo těžce ovladatelné (např. dojde-li ke smyku vozidla). Různé automobilové značky používají různá označení tohoto programu (např. CST-Ferrari, VSC-Toyota a Lexus, DSC-BMW). Systémy stabilizace jízdy vozidla jsou určitým rozšířením systému ABS a ASR. Dojde-li k příliš velkému příčnému skluzu pneumatik, tak vozidlo začne vybočovat do strany. Systémy ABS a ASR umožňují ovládat skluz nebo prokluz pneumatik (brždění nebo zrychlení) pouze v podélném směru vozidla. Systém ESP regulují skluz pneumatik i v příčném směru. Celá regulační technika systémů ESP vyžaduje velmi výkonnou elektroniku a snímače. V dnešní době existuje i systém ESP 2. generace (ESP II), který aktivně zasahuje i do řízení vozidla. [2] ESP obsahuje hydraulický agregát a řídící jednotku, která obsahuje senzory snímající a vyhodnocující jízdní situaci. Hydraulická část systému ESP v kritických situacích rychle zvýší tlak v brzdách na jednotlivých kolech (zabraňuje nechtěnému smyku). Vše probíhá automaticky a bez zásahu řidiče. Dle potřeby také může snižovat točivý moment motoru (stabilizace vozidla). Hrozí-li např. přetočení zadní části automobilu, jsou přibržďována kola na vnější straně zatáčky, přičemž největší brzdná síla působí na přední vnější kolo. Naopak při BRNO

24 PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY, STABILIZACE ESP nedotáčivém pohybu vozidla jsou přibržďována kola na vnitřní straně zatáčky, přičemž největší brzdná síla působí na zadním vnitřním kole. Přitom musí ještě systém sledovat, jak na kritickou chybu reaguje řidič a pomocí mikroprocesoru v řídící jednotce určí, jak silně a o kolik snížit točivý moment motoru a které kolo je třeba přibrzdit, aby došlo ke stabilizaci vozidla. [2] Regulace jízdní dynamiky snímá dodatečnými signály příčné zrychlení vozidla a rychlost stáčení vozidla kolem svislé osy otáčení a zpracuje signály těchto snímačů dodatečně k signálům ABS a ASR a řídí akční členy v hydraulické jednotce. Tím je zajištěna jízdní stabilita vozidla při nebrzděné, zpomalené a zrychlené jízdě přímým směrem nebo v zatáčce. Systém ESP využívá snímače řízení motoru (např. ovládání akceleračního pedálu), snímač neregulovaného brzdného tlaku (např. ovládání brzdného pedálu) a snímač úhlu natočení volantu. [2] Obr. Obr Regulační systém ESP ESP [13] Obr. 15 Zásah ESP při přetáčivém chování vozidla [13] BRNO

25 PROTIBLOKOVACÍ A PROTIPROKLUZOVÉ SYSTÉMY, STABILIZACE ESP DYNAMICKÁ KONTROLA STABILITY VOZIDLA DSC Systém DSC (Dynamic Stability Control) používají vozy značky BMW. V kritických situacích automaticky cíleně přibrzdí jednotlivá kola a navede automobil do správné stopy. Řídící jednotka také vyhodnocuje momentální rychlost vozidla, úhel natočení volantu, příčné zrychlení vozidla a míru jeho relativního svislého natočení. Systém DSC podle těchto údajů rozpozná již v počátcích přetáčivost nebo nedotáčivost vozidla při průjezdu zatáčkou a vhodně zasáhne (přibrzďováním jednotlivých kol). Systém DSC obsahuje různé podfunkce, jako např. protiblokovací systém ABS, automatickou kontrolu stability a trakce ASC, kontrolu teploty brzd BTM, kontrolu a regulaci dodržení jízdní jízdní stopy v zatáčce CBC a mnoho dalších. Dalším důležitým prvkem, který pracuje ve spojitosti s DSC je systém Dynamic drive, který používá technologii zkrutných stabilizátorů s proměnným momentem zkrutné síly. Tyto stabilizátory při průjezdu zatáčkou přenášejí více zatížení na vnitřní kola a zvyšují tak velikost bočních sil na nápravě (vyšší přilnavost vozidla). Další vlastností Dynamic drive je odstranění houpavého pohybu karosérie při přejezdu nerovných povrchů a naklánění karosérie v zatáčce. [2] ŘÍZENÍ STABILITY VOZIDLA VSC Tento systém využívají vozy značky Lexus. Pomáhá při příliš rychlém projetí zatáčky nebo při prudkém brždění v zatáčce. Tento systém využívá signálu ze senzorů rychlosti, úhlu řízení, stáčení vozidla a snímače zrychlení. Tyto signály následně vyhodnotí řídicí jednotka ECU a dle potřeby omezí výkon motoru nebo rozdělí brzdnou sílu na kola, která mají brzdit. [2] Existuje také systém VDIM (Vehicle Dynamics Integrated Management), který je novější formou systému VSC. Tento systém znamená propojení všech bezpečnostních systémů, jako jsou ABS, EBD, EPS, TRC (řízení trakční síly) a VSC, kterými se optimalizuje výkon, stabilita a plynulost jízdy. Využívá signálů o rychlosti, brzdném tlaku a údajů o pohybu vozidla. [2] SYSTÉM DSR Systém DSR (Driver Steering Recommendation) zvyšuje účinnost ESP. Byl vyvinut společností VW. Zasahuje tehdy, dojde-li k intenzivnímu brždění za rozdílných adhezních podmínek na levém a pravém kole vozu. Jakmile zaznamená nebezpečí smyku, okamžitě rozdělí brzdné síly na jednotlivá kola, tak aby vozidlo udržovalo směr požadovaný řidičem. V případě, že je největší brzdný účinek na kole s nejmenší přilnavostí (např. na sněhu), sníží brzdný účinek na ostatních kolech. Tím se ale prodlouží brzdná dráha. V případě, kdy dojde ke zvýšení brzdné síly na kole s lepší přilnavostí (suchá vozovka) by bez korekce volantem došlo ke stáčení automobilu směrem k lepšímu povrchu. V takovém případě systém ESP vyšle signál elektromechanickému posilovači řízení, který vyvine malý točivý moment na volant ve směru, ve kterém je nutné provést korekci řízení. Využitím vyšší brzdné síly na kolech s lepší přilnavostí se může brzdná dráha zkrátit až o 10%. [2] BRNO

26 VĚTRÁNÍ, VYTÁOĚNÍ, KLIMATIZACE 6 VĚTRÁNÍ, VYTÁPĚNÍ, KLIMATIZACE Řízení automobilu, v důsledku neustále rostoucí intenzity dopravy, klade na řidiče velké nároky i z hlediska fyziologického. Důležitou roli hraje i prostředí a jeho výsledný stav v interiéru automobilu z hlediska působení na organismus člověka. Stav tohoto prostředí, ve kterém se nachází člověk, se nazývá mikroklima. Úprava tohoto prostředí umožňuje příjemnou přepravu cestujících a hlavně snižuje únavu řidiče a tím výrazně ovlivňuje aktivní bezpečnost automobilu. Mikroklima automobilu je určeno teplotou vzduchu, vlhkostí vzduchu, rychlostí proudění vzduchu a čistotou vzduchu v interiéru vozidla. Udržování těchto faktorů na optimální hodnotě nám zajišťují větrací systémy, vytápěcí systémy a klimatizační zařízení. [1] 6.1 VĚTRÁNÍ VOZIDLA Úkolem větrací soustavy je čistota ovzduší v prostoru pro cestující a v letním období také odvod tepla produkovaného cestujícími a slunečním zářením. Čistou ovzduší v automobilu je myšleno pouze odstranění škodlivých látek, produkovaných cestujícími (CO 2 ) a vlhkost vzduchu vzniklou dýcháním, CO jako produkt kouření a různých jiných pachů. Dle Ministerstva dopravy ČR je pro zajištění čistoty ovzduší nutné dodat nejméně 45 m 3 /h čerstvého vzduchu na osobu za jízdy i při stání vozidla. Při větrání musí být použit pouze vnější vzduch, který je filtrován od prachu. [1] Systém pro výměnu vzduchu musí splňovat podmínku bezprůvanového větrání. Vyhláška povoluje maximální rychlost větrání 0,5 m/s, ale pokud je možné regulovat rychlost a směr vzduchu, připouští se vyšší hodnota. Pro hodnocení bezprůvanového větrání uvnitř vozu se používá norma ONA , která vyjadřuje závislost přípustné rychlosti vzduchu na teplotě vzduchu. Vyhláška dále předepisuje, že větrací systém musí být přetlakový, což znamená, že přetlak uvnitř vozidla by měl být asi 30 Pa. Tím je omezeno vnikání prachu, pachů (např. výfukové plyny) a vnikání studeného vzduchu v zimním období. Otvory, které přivádí čerství vzduch, se umisťují v místech maximálního přetlaku vzduchu na povrchu karoserie a otvory pro odvod vzduchu v místech podtlaku. Systém, který využívá tento způsob větrání, se nazývá náporový systém. Je-li vzduch dodáván dovnitř pomocí ventilátoru, jedná se o větrací systém s nuceným prouděním vzduchu. Větrací systém bývá většinou kombinovaný (spojuje oba předchozí systémy). Ventilátory jsou většinou v činnosti jen při stání vozidla nebo při pomalé jízdě v kolonách a ve městské dopravě. [1] Přívody a odvody vzduchu musí být umístěny tak, aby proudění vzduchu bylo rovnoměrné, bez vířivé (víření prachu z podlahy) a zasahovalo celou oblast pobytu posádky. Hlava, krk, ruce, zápěstí a nohy by měly být omývány vzduchem o malé rychlosti, protože se přizpůsobují teplotě okolí velmi málo. Naopak na hrudník, který je méně citlivý na vliv rychlosti přiváděného vzduchu, by měl být přiváděn vzduch intenzivně a je také nutné provětrávat oblečení (vliv pocení). [2] Přívody vzduchu k čelnímu sklu a bočnímu oknu umožňují odmlžení a odmražení skla. Z hlediska větrání nejsou moc vhodné, protože zasahují ramenní kloub a měly by být v létě uzavřeny. Rozvod vzduchu pro větrání je prakticky shodný s rozvodem pro topení. Přívod tepla pomocí sluneční energie do interiéru se děje zejména zasklenými plochami (determální skla). Determální skla mají význam i v zimě, kdy v důsledku větší povrchové teploty oproti BRNO

27 VĚTRÁNÍ, VYTÁOĚNÍ, KLIMATIZACE sklům obyčejným se posouvá teplota rosného bodu (zmenšování zamlžování a zamrzání oken v zimě). Větrání pomocí spouštění oken není vhodné, protože vyvolává průvan a zvyšuje se vnitřní hluk. Při návrhu větracího systému je také nutné dbát na dostatečné odvodnění vstupních a výstupních otvorů na povrchu karoserie. [2] Obr. 16 Umístění otvorů a směr proudění vzduchu [14] 6.2 VYTÁPĚNÍ VOZIDLA Účelem vytápění interiéru vozidla je vytvořit optimální prostředí (teplotní zónu), která se nachází v termoregulačním rozmezí člověka a to s ohledem na tepelnou produkci člověka (bazální metabolismus a stupeň fyzické činnosti člověka). Jestliže teplota prostředí nedosáhne spodní hranice optimální teploty, může dojít u cestujících k ohrožení organismu podchlazením. Dojde-li ke zhoršování mikroklimatu k vyšším teplotám, vzroste tělesná teplota a tím dojde k pocení řidiče, což zhoršuje činnost řidiče a vyvolává nepříjemné pocity u spolucestujících. Požadavky na vytápěcí systémy uvádí vyhláška a způsob jejich ověřování je popsán v normě. [2] Vytápěcí systém musí, stejně jako větrací systém, rozdělovat teplo po celém vnitřním prostoru vozidla. U všech automobilů by měl vytápěcí systém zajišťovat výslednou teplotu vzduchu +18 C při venkovní teplotě -15 C. Výsledná teplota v místech hlavy může být až o 9 C nižší nebo až o 3 C vyšší než v oblasti chodidel. Teplota přiváděného vzduchu nesmí ve výstupech z rozváděcích kanálů přesáhnout teplotu 40 C. Optimální teplota vzduchu závisí také na relativní vlhkosti vzduchu. Čím je vlhkost vzduchu vyšší, tím nižší je optimální teplota ve vozidle a naopak. Relativní vlhkost vzduchu by se měla uvnitř automobilu pohybovat kolem %. [2] Teplý vzduch by měl být přiváděn především na spodní část těla (nohy), nikoli do dýchacích zón, kde může nastat přehřívání hlavy, která je hlavní částí regulačního systému člověka (centrální nervové soustavy). K vytápění vozidla se používá závislý nebo nezávislý vytápěcí systém. [1] BRNO

28 VĚTRÁNÍ, VYTÁOĚNÍ, KLIMATIZACE ZÁVISLÝ VYTÁPĚCÍ SYSTÉM VOZIDLA Tento typ vytápění se používá u vozidel s motory chlazenými kapalinou. U vozidel se vzduchem chlazenými motory se využívá tepla z výfukových plynů, kde je ovšem nutné zabezpečit aby se spaliny nedostaly do ohřívaného vytápěcího vzduchu (v dnešní době se moc nepoužívá). Dále se již budu zabývat pouze závislým topením, které využívá tepla chladicí kapaliny. [2] Výhodou závislého topení je jednoduchá konstrukce a nízká cena. Závislé topení má však i své nevýhody jako obtížnou regulaci a malou pohotovost (dlouhá doba ohřátí kapaliny při zimním počasí). Závislý vytápěcí systém se skládá z výměníku tepla, axiálního nebo radiálního ventilátoru, klapek přívodu vzduchu, ventilů pro přívod vody a příslušného regulačního ústrojí. Podle způsobu regulace topného výkonu rozeznáváme regulaci množstvím přivedené chladicí kapaliny z motoru do výměníku (regulace na straně vody) a regulaci smíšením studeného vzduchu se vzduchem ohřátým ve výměníku (regulace na straně vzduchu). Oba tyto systémy regulace mají topné agregáty umístěny pod přístrojovou deskou a plně využívají náporového vzduchu ke zmenšení příkonu ventilátoru. Díky vícerychlostnímu ventilátoru je možné regulovat intenzitu vytápění interiéru. [2] Obr. 17 Větrací a vytápěcí systém [15] Závislý vytápěcí systém na straně vody má výkon vytápěcího zařízení regulován změnou průtoku kapaliny procházející výměníkem. Tento průtok je regulován pomocí speciálního škrtícího ventilu. Ventil musí být dokonale těsný, aby v letním období nebyl větrací vzduch ohříván. Nevýhodou této regulace je tepelná setrvačnost kapaliny i materiálu výměníku. Výhodou je malý rozměr vytápěcího agregátu. [2] Závislý vytápěcí systém s regulací na straně vzduchu se výkon vytápění mění se změnou poměru množství vzduchu protékajícího výměníkem a protékajícího mimo výměník. Požadovaný tepelný výkon lze nastavit velmi jemně a odezva je téměř okamžitá. Nevýhodou této regulace jsou velké rozměry agregátu a nutnost dobré tepelné izolace klapek i mezistěny, aby se snížilo minimálně ohřívání větracího vzduchu v letním období. Vzduch pro vytápění BRNO

29 VĚTRÁNÍ, VYTÁOĚNÍ, KLIMATIZACE nebo větrání je odebírán různými otvory na povrchu karoserie. Do topení vstupuje přes pylový filtr, který se skládá z filtračního vlákna z umělé hmoty. Filtrační vložka se dá lehce vyměnit sejmutím plastového rámečku. Za filtrem se nachází klapka recirkulace, která je ovládána elektromotorem spínaným tlačítkem na ovládacím panelu topení. Dále vzduch vstupuje do turbínového kola větráku a následně přes mísící klapky do topné vložky nebo mimo ni. Déle je vzduch rozváděn klapkami do vzduchových rozvodů, ze kterých vstupuje přes větrací mřížky do interiéru vozidla. [2] NEZÁVISLÝ VYTÁPĚCÍ SYSTÉM VOZIDLA Zdrojem tepla je benzín nebo dieselové palivo, které spalují. Tento typ se především využívá u nákladních automobilů. Výměník tepla může být typu vzduch-vzduch nebo vzduchkapalina. U vzduchového typu je do interiéru přiváděn teplý vzduch. U kapalinového je nutné ještě čerpadlo kapaliny a rozvod tepla. [2] Při umístění nezávislého topení do vozidla je nutné dodržovat určité zásady. Přívod spalovacího vzduchu a odvod spalin musí být v místech stejného dynamického tlaku vzduchu, jinak topení zhasíná nebo nedává dostatečný topný výkon. Regulace tepelného výkonu se děje změnou dodávky paliva. Tuto regulaci je možno kombinovat se změnou průtoku vytápěcího vzduchu. [2] Obr. 18 Nezávislé vytápění vozidla [16] 6.3 KLIMATIZACE Klimatizace je systém, který nám ochlazuje vzduch uvnitř vozidla při vysokých teplotách vnějšího vzduchu. Tento systém má značný význam pro kondiční bezpečnost. Klimatizací lze regulovat i vlhkost vzduchu a tím zabránit zamlžování oken. Klimatizace zajišťuje ochlazení vzduchu přiváděného do větrací soustavy pomocí chladicí kapaliny odpařující se ve výparníku, který je poháněn motorem. U mechanické regulace se volí chladnější nebo teplejší vzduch pomocí otočného ovladače. Rychlost proudění vzduchu do interiéru se reguluje BRNO

30 VĚTRÁNÍ, VYTÁOĚNÍ, KLIMATIZACE pomocí ventilátoru topení. Mechanický způsob regulace neumožňuje nastavení konstantní teploty a jeho ovládání se uskutečňuje pouze na základě pocitů cestujících. Automatická klimatizace s elektronickou regulací umožňuje nastavení konstantní teploty a udržování její stálé hodnoty. Klimatizace má vlastní řídící jednotku, která reguluje teplotu přiváděného vzduchu a rychlost přiváděného vzduchu. Dvouzónová klimatizace umožňuje zvolit nastavení pro řidiče a spolujezdce zvlášť a třízónová i pro cestující na zadních sedadlech. Existuje také čtyřzónová klimatizace, která umožňuje nejen nastavení klimatizace na pravé a levé straně, ale také cestující na zadních sedadlech si mohou nastavit individuální teplotu na levé a pravé straně. Ovládání klimatizace na zadních sedadlech je samostatně umístěno na středovém panelu. Senzor kvality vzduchu dokáže rozpoznat vyšší koncentraci škodlivých látek ve vnějším prostředí a zapnout tak klimatizaci na vnitřní oběh. [2] Klimatizace se skládá z kompresoru, kondenzátoru, klapky, výparníku, zachycovací nádržky a tlakových vedení. Jako chladicí náplň se používá kapalina R134a. Kompresor klimatizace je poháněn klínovým řemenem nebo drážkovaným klínovým řemenem od klikového hřídele. Kompresor zvyšuje tlak v chladícím okruhu na maximálně 3 MPa (30 bar). Stlačením se chladivo zahřeje. V kondenzátoru odebírá proudící vzduch z chladiva teplo (studený vzduch zůstává ve vnější oblasti). Ochlazuje tím horké chladivo, které se zkapalní. Chladivo je pod vysokým tlakem a protéká klapkou, která redukuje jeho tlak. Chladivo expanduje, vypařuje se, a tím se znovu silně ochlazuje. Ve výparníku odebírá chladivo teplo od kolem proudícího vzduchu a vzduch se tak ochlazuje. Chladnější vzduch je veden do ineteriéru vozidla. Chladivo přijímá ve výparníku teplo a vypařuje se. Páry chladiva, které mají malý tlak, jsou nasávány kompresorem, kde znovu začíná chladící okruh. Zachycovací nádržka slouží jako expanzní nádržka a zásobní nádržka na chladivo. [2] Obr. 19 Oběh chladiva v klimatizaci a ovládací panel [17] BRNO

31 UMÍSTĚNÍ OSOB V KAROSERII 7 UMÍSTĚNÍ OSOB V KAROSERII Aktivní bezpečnost velmi úzce souvisí také s ergonomikou vnitřního prostoru vozidla. Cílem ergonomiky je přizpůsobení pracovního prostředí (interiéru vozidla) fyziologickým a psychologickým možnostem člověka, aby jeho činnost (řízení vozidla) byla co nebezpečnější. U ergonomiky z hlediska aktivní bezpečnosti dbáme především na výhled z vozidla, sedění ve vozidle, ovládání a mikroklima vozidla. [1] 7.1 GEOMETRIE VNITŘNÍHO PROSTORU Geometrii vnitřního prostoru lze rozdělit na geometrické požadavky pohodlného sedění a ovládání, na minimální prostorové požadavky umístění osob a na prostorové požadavky, které závisí na typu vozidla. Nejdůležitější je umístění řidiče, protože poloha sedadla je spojena s umístěním hlavních ovládacích zařízení (volant, pedály, řadicí páka). Základem pro návrh geometrie sedění je dvourozměrná šablona a pro účely měření slouží třírozměrná figurína. Figurína nám nahrazuje sedící lidské tělo a slouží ke stanovení bodu otáčení trupu a stehna, pro kontrolu parametrů sedění řidiče a spolucestujících na sedadle, pracovního místa řidiče atd. [1] Patní bod řidiče je bodem dotyku paty figuríny s povrchem podlahy vozidla. Chodidlo figuríny se může dotýkat pedálu akcelerátoru a stlačovat jej v určité části dráhy předepsané výrobcem vozidla nebo může být chodidlo bez dotyku s pedálem a obě chodidla mohou zaujmout na podlaze přirozenou polohu. Sedadlo musí být umístěno v nejvíce vyhovující poloze pro řízení nebo sezení podle předpisu výrobce. Dále existují také tzv. pohodlné úhly tělesných částí, které zaručují pohodlné sezení. [1] Přizpůsobení místa řidiče na optimální polohu těla se provádí pomocí sklonu opěradla, podélného a příčného posuvu sedadla a přestavitelné hlavové opěrky. Zařízení pro sklon volantu, osovou vzdálenost volantu a pedály se nabízí jako doplňky vybavení vozidla. [1] Obr. 20 Softwarová simulace umístění osob v karoserii [18] BRNO

32 UMÍSTĚNÍ OSOB V KAROSERII 7.2 USPOŘÁDÁNÍ OVLÁDACÍCH A KONTROLNÍCH PRVKŮ, ERGOSFÉRA Pracovní místo řidiče musí být uspořádáno tak, aby bylo zaručeno spolehlivé ovládání vozidla. Ke splnění spolehlivého ovládání slouží daná kritéria (poznatelnost, dosažitelnost a ovládání). [1] Poznatelnost a identifikace ovladačů může být optická nebo hmatová. Závisí na barvě, jasu, označení, tvaru, velikosti a poloze jednotlivých ovladačů. Pro ovladače, které jsou poznatelné polohově (řadicí páka, pedály a volant) je důležitý tvar a jejich vzájemná vzdálenost. Vztah polohy mezi sedadlem, volantem a ovládacími zařízeními je dán vyhláškou, která klade také požadavky na umístění nášlapných ploch pedálů z hlediska pohodlných úhlů částí těla. [1] Výstražné funkce jsou zdůrazněny zvláštním barevným a signálním označením (např. červená nebo oranžová barva, přerušované blikání). Pro informační funkce je vyhrazena modrá, zelená barva nebo žlutá barva. Jedná se zde o optickou poznatelnost kontrolních prvků. [1] Dosažitelnost jednotlivých ovladačů je dána vnitřním prostorem, ve kterém je řidič (spolujezdec) schopen vykonávat příslušné ovládací úkony. Tento prostor se nazývá ergosféra. Mezi ovladače patří např. volant, pedály, řadicí páka, ruční brzda, osvětlení, signalizace, otvírání oken, stěrače atd. [1] Oblast, která je dosažitelná bez ohybu ramene a celého trupu je omezená, a proto v ergosféře nemohou být umístěny všechny ovládací prvky. Proto jsou pro ručně ovládané zařízení vytvořeny prioritní skupiny, které byly zjištěny na základě četnosti obsluhování a funkce. Dále je dělíme na prvky ovládané během jízdy a na prvky ovládané především při stání vozidla. [1] Obr. 21 Rozložení ovladačů na palubní desce vozidla Ford Focus [19] BRNO

33 UMÍSTĚNÍ OSOB V KAROSERII 7.3 SEDADLA A HLAVOVÉ OPĚRKY Na vytvoření sedadel jsou kladeny, z hlediska aktivní bezpečnosti, anatomické (tvarování, měrné tlaky), fyziologické (teplota, prodyšnost) a přenosové (tlumení vibrací) požadavky. Musí také splňovat pevnostní podmínky, měly by mít možnost boční opěrky a doplňovány hlavovými opěrkami. Tvarování a polstrování sedadel musí být takové, aby při zachování vhodných měrných tlaků mezi sedadlem a povrchem těla byl dosažen i fyziologicky správný tvar těla (hlavně páteře). [1] Je nutné dbát na velmi lehké podepření v podkolení části a přiměřeně uspořádat podepření bederní části lidského těla. Aby bylo dosaženo příznivého podepření těchto částí, musí být opěradlo přizpůsobeno přirozenému tvaru páteře (opěradlo musí být ve výši mm nad stlačeným sedákem a vhodně zaoblené). Další vlastností ovlivňující pohodlí člověka na sedadle je fyziologické působení sedadel a to zejména za extrémních podmínek (citelné pocení, prochlazení sedadla). Tohle závisí především na potahovém materiálu sedadla a částečně i na polstrování sedadla. Prodyšnost sedadla má bezprostřední vliv na pohodu řidiče i spolucestujících. Sedadlo musí také tlumit vibrace na lidský organismus. [1] Přední sedadla jsou podélně i příčně posuvná a jejich aretace je ovládána madlem pod sedadlem. Opěradla se mohou naklánět pomocí otočného čepu. Vodící plochy, po nichž se sedadlo pohybuje, jsou pevně připevněny ke karoserii vozidla. [1] Přední i zadní sedadla automobilu jsou běžně vybavena hlavovými opěrkami, které jsou výškově nastavitelné, dají se otočně naklápět a lze je úplně vyjmout se sedadla po uvolnění pojistek. Pro optimální nastavení výšky opěrky platí, že horní konec hlavové opěrky by měl být ve stejné výšce, jako nejvyšší bod hlavy. [1] Dalším prvkem ke zvýšení pohodlí řidiče je také vyhřívání sedadel v zimním období. Topné vložky jsou pod textilním potahem sedáku a opěradla. Topný výkon vyhřívání sedaček, je hlídán pomocí termostatu, který udržuje teplotu na požadované hodnotě. [1] Obr. 22 Konstrukce předního sedadla [20] BRNO